丙烯流量計在熱電廠(chǎng)蒸汽測量中的應用
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作為一種速度式的流量測量?jì)x表，丙烯流量計石油、電力、化工等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用。丙烯流量計是一種基于利用流體自然振蕩的原理制成的分離型流量計,當流體以足夠大的速度經(jīng)過(guò)管道中的旋渦發(fā)生體時(shí)在兩側交替地產(chǎn)生有規則的旋渦,這種旋渦稱(chēng)為卡門(mén)渦街,丙烯流量計也由此得名，本文通過(guò)介紹了丙烯流量計的工作原理及特點(diǎn),結合我廠(chǎng)長(cháng)期使用的經(jīng)驗,介紹丙烯流量計選型及安裝使用過(guò)程中必須注意的一些問(wèn)題。
一、丙烯流量計的工作原理：
渦街流量的工作原理可見(jiàn)圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱(chēng)地排列。設旋渦的發(fā)生頻率為f,被測介質(zhì)來(lái)流的平均速度為U,旋渦發(fā)生體迎面寬度為d,表體通徑為D,根據卡門(mén)渦街原理,有如下關(guān)系式:
f=SrU1/d=SrU/md(1)
式中U1--旋渦發(fā)生體兩側平均流速,m/s;
Sr--斯特勞哈爾數;
m--旋渦發(fā)生體兩側弓形面積與管道橫截面
面積之比:
管道內體積流量q為:
q=πD2U/4=πD2mdf/4Sr(2)
K=f/q=[πD2md/4Sr]-1 (3)
q=f/K=f/[πD2md/4Sr]-1 (4)
在渦街流量表中,旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸決定了儀表的K值,而斯特勞哈爾數與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數有關(guān),圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數與管道雷諾數的關(guān)系如圖2所示。
顯然,在ReD=2×104～7×106范圍內的雷諾數可視為常數,這使得儀表在此范圍內可以正常工作。因此,可以通過(guò)裝在柱體內部的壓電探頭測量流體出的頻率,經(jīng)過(guò)放大后變成脈沖信號,從而計算出流體的流量。
二、 丙烯流量計在我廠(chǎng)的使用情況
丙烯流量計在我廠(chǎng)已有十幾年的使用歷史。由于具有結構簡(jiǎn)單、測量范圍寬、安裝方便、日常維護費用低等優(yōu)點(diǎn),丙烯流量計的用戶(hù)中數量已從最初十幾戶(hù)發(fā)展到現在四十幾戶(hù)。熱用戶(hù)流量表型號的統一也有利于電廠(chǎng)人員日常維護及管理。隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展,流量計由最初的分體式發(fā)展到現在的一體化智能式。而日常巡視制度的完善、儀表檢測手段的提升、遠程抄表系統的建立也為丙烯流量計的正常運行提供了有力保障。
三、 丙烯流量計的選型
在熱網(wǎng)中,各類(lèi)用戶(hù)的生產(chǎn)方式差異很大,有的用戶(hù)連續生產(chǎn),終年熱負荷都很穩定;有的用戶(hù)負荷隨季節變化較明顯,如以采暖設備為主要負荷的用戶(hù),夏季流量與冬季流量相差較大;而另一類(lèi)用戶(hù),僅單班生產(chǎn),多數時(shí)間熱負荷為零。但總的來(lái)說(shuō),范圍度是這種用途的儀表須考慮的重要問(wèn)題。在熱網(wǎng)的測量應用中,一般主要考慮測量飽和蒸汽的流量不得低于丙烯流量計的下限,以滿(mǎn)足流體流速不得低于5m/s。用戶(hù)端的管道一般在設計上可供幾個(gè)設備同時(shí)使用,但有時(shí)候由于生產(chǎn)需要部分設備不使用,使用汽流量減小,實(shí)際造成原設計選型口徑過(guò)大,相當于提高了可測的流量下限,當管道小流量時(shí)指示無(wú)法保證儀表的精度。因此,要盡量采用小點(diǎn)的口徑,以保證測量精度。
丙烯流量計的選型是用好流量計的關(guān)鍵環(huán)節。有些場(chǎng)所由于工藝由于管道沒(méi)有充滿(mǎn)介質(zhì),而用戶(hù)不愿意縮管,甚至超出了所選流量計的使用范圍而無(wú)法測量。因此流量計選型時(shí)應先初步估算,結合溫度和壓力再計算出流量范圍,按照流量范圍再選擇流量計的口徑,避免處于測量的下限而導致測量精度的大大降低。丙烯流量計的儀表口徑及規格要遵循以下原則進(jìn)行選擇:
(1)明確流體的名稱(chēng)、成分。(2)明確工作狀態(tài)的最大、常用、最小流量。(3)明確最高、常用、最低工作壓力和工作溫度。(4)工作狀態(tài)下介質(zhì)的黏度。(5)根據被測流體狀態(tài)的不同(液體、氣體、蒸汽)進(jìn)行儀表流量范圍、口徑大小的計算與選擇。
四、 丙烯流量計的安裝
丙烯流量計的安裝也是使用中的重要環(huán)節,如果安裝不當,不僅影響測量的精度,而且會(huì )影響儀表的壽命,甚至損壞儀表。丙烯流量計的安裝一般遵守以下要求:
(1)安裝場(chǎng)所和環(huán)境的選擇:要避開(kāi)大功率電器、高頻設備及高壓線(xiàn)及強電源開(kāi)關(guān)設備;周?chē)荒苡懈邷馗咻椛湓O備,電源應不能和大電機同路且應有可靠接地;避開(kāi)強烈震動(dòng)場(chǎng)所。
(2)流量計前有彎頭、口徑變管、閥門(mén)時(shí),流量計的上下游必須有夠的直管段,其長(cháng)度要求如圖3所示。
(3)在水平管道上,若被測氣體中含有少量的液體,傳感器應安裝在管線(xiàn)的較高處;相反,則傳感器應安裝在管線(xiàn)的較低處。
(4)在垂直管道上,若被測氣體中含有少量的液體,傳感器的流向應由下向上;相反,傳感器的流向應該由上往下,這樣不會(huì )將液體重量額外附加在探頭上。
(5)測量過(guò)熱蒸汽,飽和蒸汽和低溫液體時(shí),若條件允許最好采用側裝,這樣流體的溫度對放大器的影響較小。
(6)當需要在傳感器附近測量壓力和溫度時(shí),測壓點(diǎn)應在傳感器下游的3-5D處,測溫點(diǎn)應在傳感器下游的6-8D處。
五、丙烯流量計使用中應注意的幾個(gè)問(wèn)題
5.1 震動(dòng)和干擾
丙烯流量計是一種基于震動(dòng)原理的儀表,對機械震動(dòng)、流體流動(dòng)的震動(dòng)特別敏感,因此應避免安裝在強烈振動(dòng)的管道上,以免影響測量精度,特別是管道的橫向振動(dòng)會(huì )導致管道內的流體隨之振動(dòng),從而使儀表產(chǎn)生附加誤差。振動(dòng)幅度大于0.2g應安裝減振支架。
空間高頻率電磁干擾通過(guò)信號線(xiàn)和電源線(xiàn)的分布電容耦合到儀表的輸入端,對丙烯流量計信號構成干擾,消除這種干擾的影響主要通過(guò)增加金屬防護罩解決。而低頻電磁干擾,特別是民用電源(AC220V,50Hz)是主要的干擾源,這種干擾與儀表信號線(xiàn)的敷設、安裝位置、安裝方式、工作環(huán)境、接地環(huán)境及方式有很大關(guān)系。電源的干擾降低流量測量效果,使輸出信號誤差增大。其檢查方法可以通過(guò)公式:f=q*K計算出結果,若f=50,則可以判定儀表受到電源干擾。避免電源干擾,主要通過(guò)合理選擇安裝地點(diǎn),增加信號線(xiàn)與電源線(xiàn)之間的間隔,流量計信號采用單獨接地等措施解決。
5.2 防雷、防雨
防雷、防雨在丙烯流量計的使用中是一項比較重要的工作,主要因為:儀表及儀表箱通常安裝在室外,風(fēng)吹雨淋,容易被銹蝕氧化,使接地效果越來(lái)越差;高空架設的電線(xiàn)也是雷擊的對象,GPRS無(wú)線(xiàn)抄表系統中的遠傳通信特別容易受到雷擊波的沖擊引起儀表?yè)p壞;雷電對丙烯流量計的損壞主要通過(guò)以下方式:1、雷電經(jīng)過(guò)電源部分侵入燒壞儀表。2、雷電產(chǎn)生的同時(shí)伴隨強大磁場(chǎng)儀表電子元件產(chǎn)生磁感應,瞬間生成強電壓和電流,擊穿絕緣燒壞儀表。
5.3 雷電脈沖波經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )侵入流量?jì)x燒壞通訊芯片或儀表
基于以上原因,安裝在室外的流量計必須加裝防雨罩,以免流量變送器進(jìn)水,損壞電子元件。
通常采用的防雷方案:(1)外部防雷:包括避雷針、避雷帶、引下線(xiàn)、接地極等等。(2)內部防雷:在需要保護設備的前端安裝合適的防雷器,使設備、線(xiàn)路與大地形成一個(gè)有條件的等電位體。
5.4 參數設置
雖然丙烯流量計的主要參數在出廠(chǎng)時(shí)已設置好,但使用中有時(shí)必須根據現場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行相應的調整。其重要參數的正確性是儀表精度的保證。
(1)儀表系數:是丙烯流量計中一個(gè)核心參數,它只與儀表的尺寸及漩渦發(fā)生體的形狀有關(guān)。雖然使用一段時(shí)間后有微笑變化,但除非經(jīng)過(guò)質(zhì)量監督部門(mén)校驗,一般不允許修改。
(2)小信號切除:一般工業(yè)用戶(hù)管道都會(huì )有一定的振動(dòng),因此會(huì )產(chǎn)生假的流量信號,特別停汽狀態(tài)下,會(huì )對丙烯流量計計量產(chǎn)生較大影響,而小信號切除功能正好可以去掉假的流量信號,避免產(chǎn)生結算誤差。
(3)儀表不靈敏區:該參數用來(lái)檢出有用信號,克服無(wú)用噪聲。在用戶(hù)設置好系統增益參數后,再根據信號強度來(lái)設置系統閾值。一般情況下,系統閾值數設為信號強度最低值的1/3～1/4。
六、 結語(yǔ)
丙烯流量計以其獨特的優(yōu)點(diǎn)在熱網(wǎng)蒸汽計量中廣泛應用,但其安裝、使用條件比較復雜。隨著(zhù)電子技術(shù)的不斷發(fā)展,丙烯流量計的性能必將得到更大的提升,比能更好地滿(mǎn)足各類(lèi)用戶(hù)的需求。
一、丙烯流量計的工作原理：
渦街流量的工作原理可見(jiàn)圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱(chēng)地排列。設旋渦的發(fā)生頻率為f,被測介質(zhì)來(lái)流的平均速度為U,旋渦發(fā)生體迎面寬度為d,表體通徑為D,根據卡門(mén)渦街原理,有如下關(guān)系式:
f=SrU1/d=SrU/md(1)
式中U1--旋渦發(fā)生體兩側平均流速,m/s;
Sr--斯特勞哈爾數;
m--旋渦發(fā)生體兩側弓形面積與管道橫截面
面積之比:
管道內體積流量q為:
q=πD2U/4=πD2mdf/4Sr(2)
K=f/q=[πD2md/4Sr]-1 (3)
q=f/K=f/[πD2md/4Sr]-1 (4)
在渦街流量表中,旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸決定了儀表的K值,而斯特勞哈爾數與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數有關(guān),圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數與管道雷諾數的關(guān)系如圖2所示。
顯然,在ReD=2×104～7×106范圍內的雷諾數可視為常數,這使得儀表在此范圍內可以正常工作。因此,可以通過(guò)裝在柱體內部的壓電探頭測量流體出的頻率,經(jīng)過(guò)放大后變成脈沖信號,從而計算出流體的流量。
二、 丙烯流量計在我廠(chǎng)的使用情況
丙烯流量計在我廠(chǎng)已有十幾年的使用歷史。由于具有結構簡(jiǎn)單、測量范圍寬、安裝方便、日常維護費用低等優(yōu)點(diǎn),丙烯流量計的用戶(hù)中數量已從最初十幾戶(hù)發(fā)展到現在四十幾戶(hù)。熱用戶(hù)流量表型號的統一也有利于電廠(chǎng)人員日常維護及管理。隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展,流量計由最初的分體式發(fā)展到現在的一體化智能式。而日常巡視制度的完善、儀表檢測手段的提升、遠程抄表系統的建立也為丙烯流量計的正常運行提供了有力保障。
三、 丙烯流量計的選型
在熱網(wǎng)中,各類(lèi)用戶(hù)的生產(chǎn)方式差異很大,有的用戶(hù)連續生產(chǎn),終年熱負荷都很穩定;有的用戶(hù)負荷隨季節變化較明顯,如以采暖設備為主要負荷的用戶(hù),夏季流量與冬季流量相差較大;而另一類(lèi)用戶(hù),僅單班生產(chǎn),多數時(shí)間熱負荷為零。但總的來(lái)說(shuō),范圍度是這種用途的儀表須考慮的重要問(wèn)題。在熱網(wǎng)的測量應用中,一般主要考慮測量飽和蒸汽的流量不得低于丙烯流量計的下限,以滿(mǎn)足流體流速不得低于5m/s。用戶(hù)端的管道一般在設計上可供幾個(gè)設備同時(shí)使用,但有時(shí)候由于生產(chǎn)需要部分設備不使用,使用汽流量減小,實(shí)際造成原設計選型口徑過(guò)大,相當于提高了可測的流量下限,當管道小流量時(shí)指示無(wú)法保證儀表的精度。因此,要盡量采用小點(diǎn)的口徑,以保證測量精度。
丙烯流量計的選型是用好流量計的關(guān)鍵環(huán)節。有些場(chǎng)所由于工藝由于管道沒(méi)有充滿(mǎn)介質(zhì),而用戶(hù)不愿意縮管,甚至超出了所選流量計的使用范圍而無(wú)法測量。因此流量計選型時(shí)應先初步估算,結合溫度和壓力再計算出流量范圍,按照流量范圍再選擇流量計的口徑,避免處于測量的下限而導致測量精度的大大降低。丙烯流量計的儀表口徑及規格要遵循以下原則進(jìn)行選擇:
(1)明確流體的名稱(chēng)、成分。(2)明確工作狀態(tài)的最大、常用、最小流量。(3)明確最高、常用、最低工作壓力和工作溫度。(4)工作狀態(tài)下介質(zhì)的黏度。(5)根據被測流體狀態(tài)的不同(液體、氣體、蒸汽)進(jìn)行儀表流量范圍、口徑大小的計算與選擇。
四、 丙烯流量計的安裝
丙烯流量計的安裝也是使用中的重要環(huán)節,如果安裝不當,不僅影響測量的精度,而且會(huì )影響儀表的壽命,甚至損壞儀表。丙烯流量計的安裝一般遵守以下要求:
(1)安裝場(chǎng)所和環(huán)境的選擇:要避開(kāi)大功率電器、高頻設備及高壓線(xiàn)及強電源開(kāi)關(guān)設備;周?chē)荒苡懈邷馗咻椛湓O備,電源應不能和大電機同路且應有可靠接地;避開(kāi)強烈震動(dòng)場(chǎng)所。
(2)流量計前有彎頭、口徑變管、閥門(mén)時(shí),流量計的上下游必須有夠的直管段,其長(cháng)度要求如圖3所示。
(3)在水平管道上,若被測氣體中含有少量的液體,傳感器應安裝在管線(xiàn)的較高處;相反,則傳感器應安裝在管線(xiàn)的較低處。
(4)在垂直管道上,若被測氣體中含有少量的液體,傳感器的流向應由下向上;相反,傳感器的流向應該由上往下,這樣不會(huì )將液體重量額外附加在探頭上。
(5)測量過(guò)熱蒸汽,飽和蒸汽和低溫液體時(shí),若條件允許最好采用側裝,這樣流體的溫度對放大器的影響較小。
(6)當需要在傳感器附近測量壓力和溫度時(shí),測壓點(diǎn)應在傳感器下游的3-5D處,測溫點(diǎn)應在傳感器下游的6-8D處。
五、丙烯流量計使用中應注意的幾個(gè)問(wèn)題
5.1 震動(dòng)和干擾
丙烯流量計是一種基于震動(dòng)原理的儀表,對機械震動(dòng)、流體流動(dòng)的震動(dòng)特別敏感,因此應避免安裝在強烈振動(dòng)的管道上,以免影響測量精度,特別是管道的橫向振動(dòng)會(huì )導致管道內的流體隨之振動(dòng),從而使儀表產(chǎn)生附加誤差。振動(dòng)幅度大于0.2g應安裝減振支架。
空間高頻率電磁干擾通過(guò)信號線(xiàn)和電源線(xiàn)的分布電容耦合到儀表的輸入端,對丙烯流量計信號構成干擾,消除這種干擾的影響主要通過(guò)增加金屬防護罩解決。而低頻電磁干擾,特別是民用電源(AC220V,50Hz)是主要的干擾源,這種干擾與儀表信號線(xiàn)的敷設、安裝位置、安裝方式、工作環(huán)境、接地環(huán)境及方式有很大關(guān)系。電源的干擾降低流量測量效果,使輸出信號誤差增大。其檢查方法可以通過(guò)公式:f=q*K計算出結果,若f=50,則可以判定儀表受到電源干擾。避免電源干擾,主要通過(guò)合理選擇安裝地點(diǎn),增加信號線(xiàn)與電源線(xiàn)之間的間隔,流量計信號采用單獨接地等措施解決。
5.2 防雷、防雨
防雷、防雨在丙烯流量計的使用中是一項比較重要的工作,主要因為:儀表及儀表箱通常安裝在室外,風(fēng)吹雨淋,容易被銹蝕氧化,使接地效果越來(lái)越差;高空架設的電線(xiàn)也是雷擊的對象,GPRS無(wú)線(xiàn)抄表系統中的遠傳通信特別容易受到雷擊波的沖擊引起儀表?yè)p壞;雷電對丙烯流量計的損壞主要通過(guò)以下方式:1、雷電經(jīng)過(guò)電源部分侵入燒壞儀表。2、雷電產(chǎn)生的同時(shí)伴隨強大磁場(chǎng)儀表電子元件產(chǎn)生磁感應,瞬間生成強電壓和電流,擊穿絕緣燒壞儀表。
5.3 雷電脈沖波經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )侵入流量?jì)x燒壞通訊芯片或儀表
基于以上原因,安裝在室外的流量計必須加裝防雨罩,以免流量變送器進(jìn)水,損壞電子元件。
通常采用的防雷方案:(1)外部防雷:包括避雷針、避雷帶、引下線(xiàn)、接地極等等。(2)內部防雷:在需要保護設備的前端安裝合適的防雷器,使設備、線(xiàn)路與大地形成一個(gè)有條件的等電位體。
5.4 參數設置
雖然丙烯流量計的主要參數在出廠(chǎng)時(shí)已設置好,但使用中有時(shí)必須根據現場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行相應的調整。其重要參數的正確性是儀表精度的保證。
(1)儀表系數:是丙烯流量計中一個(gè)核心參數,它只與儀表的尺寸及漩渦發(fā)生體的形狀有關(guān)。雖然使用一段時(shí)間后有微笑變化,但除非經(jīng)過(guò)質(zhì)量監督部門(mén)校驗,一般不允許修改。
(2)小信號切除:一般工業(yè)用戶(hù)管道都會(huì )有一定的振動(dòng),因此會(huì )產(chǎn)生假的流量信號,特別停汽狀態(tài)下,會(huì )對丙烯流量計計量產(chǎn)生較大影響,而小信號切除功能正好可以去掉假的流量信號,避免產(chǎn)生結算誤差。
(3)儀表不靈敏區:該參數用來(lái)檢出有用信號,克服無(wú)用噪聲。在用戶(hù)設置好系統增益參數后,再根據信號強度來(lái)設置系統閾值。一般情況下,系統閾值數設為信號強度最低值的1/3～1/4。
六、 結語(yǔ)
丙烯流量計以其獨特的優(yōu)點(diǎn)在熱網(wǎng)蒸汽計量中廣泛應用,但其安裝、使用條件比較復雜。隨著(zhù)電子技術(shù)的不斷發(fā)展,丙烯流量計的性能必將得到更大的提升,比能更好地滿(mǎn)足各類(lèi)用戶(hù)的需求。